信息技术的快速发展使得无线通信业务的需求量不断增大,而每种无线通讯技术均需要一定的频谱资源作为支持,这使得频谱资源匮乏的问题更加严峻。为了解决该问题,认知无线电（Cognitive Radio,CR）技术应运而生。它由于具有自主的学习能力,同时也可以主动观察空间内频谱资源的情况,因此在无线通信领域里具有巨大潜力和广大应用场景。本文对认知无线电中的关键技术——频谱感知进行了两方面的研究。一方面是针对传统算法在低信噪比时检测概率效果不佳,研究了一种随信噪比系数变化的双阈值协作检测算法,通过仿真实验表明,所研究算法可有效提高低信噪比时的检测概率。另一方面是将软件无线电技术和频谱感知技术相结合,设计了两阶段的频谱感知方案,通过实验表明所设计方案可有效提高频谱的利用率。本文主要研究内容和创新点可分为以下三个部分:（1）首先对认知无线电和软件无线电技术的相关理论知识进行了论述,接着介绍了三种经典频谱感知算法的理论知识、适用环境以及优缺点。通过MATLAB平台下对三种算法从不同角度进行了仿真实验,并进行了性能分析。可以看出,能量检测算法是最容易实现的,这对原有方法的改进提供了更高的研究价值。（2）在低信噪比时,针对传统算法因判决门限固定不变而导致检测性能较差的问题,本文探究了一种可随信噪比系数变化的双门限协作能量检测算法。与传统算法不同的是,该算法的门限值是根据信噪比系数自适应调整,同时考虑到集中式协作由于过度依赖融合中心（Fusion Center,FC）的问题而不能胜任,因此采用分布式协作的方法将每个认知用户检测到的信息能量值与动态门限进行比较。最后通过与两种传统算法进行对比分析,验证了该算法具有更好的检测性能。（3）为了实现了真实环境下的频谱感知技术,本文结合扫频阶段感知范围大和能量检测阶段检测精度高的特点设计了两阶段的频谱感知方案并通过软件无线电平台加以实现。系统搭建选择开源软件GNU Radio,硬件选择USRP X310,同时通过广播信号的接收验证了平台已搭建成功。为了证明所设计方案的可靠性,通过构造DPSK信号和OFDM信号分别接入某个空闲频段,以及在两种状态下收发数据进行通信验证。实验结果表明,本文基于软件无线电平台设计的两阶段频谱感知方案可以有效提高频谱的利用率。